數(shù)字型Buck-Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)共3篇

數(shù)字型Buck-Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)共3篇數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)1數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器設(shè)計(jì)

DC-DC變換器在電力轉(zhuǎn)換和控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。其中數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器，特別適合于車用電子、太陽(yáng)能電子以及電池電源等應(yīng)用領(lǐng)域。該雙向DC-DC變換器能夠?qū)崿F(xiàn)雙向能量轉(zhuǎn)換，即將電能從一個(gè)直流電源中提取，然后通過(guò)另一個(gè)直流電源供電，或?qū)㈦娔軓碾姵刂修D(zhuǎn)移并輸出到負(fù)載。

設(shè)計(jì)方案

該雙向DC-DC變換器整體采用開(kāi)環(huán)控制，控制器處理輸入輸出電壓調(diào)節(jié)控制和開(kāi)關(guān)脈沖控制電路的邏輯。整個(gè)電路設(shè)計(jì)如下：

輸入電壓是單相交流電源，功率為600W，輸出電壓為75V、電流為8A。將輸入電壓通過(guò)整流電路實(shí)現(xiàn)變成直流電壓，然后經(jīng)過(guò)Buck-Boost變換器，使輸出電壓穩(wěn)定在75V，輸出電流在8A。同時(shí)，雙向DC-DC變換器還具有多種保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等。

具體參數(shù)

1.輸入電壓：?jiǎn)蜗?20V，60Hz；

2.輸出電壓：75V；

3.輸出電流：8A；

4.轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Buck-Boost；

5.變換器類型：雙向DC/DC變換器；

6.控制方式：數(shù)字控制；

7.環(huán)路帶寬：10kHz；

8.地電勢(shì)：電源輸入和輸出共享同一接地；

9.保護(hù)功能：短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)；

10.開(kāi)關(guān)器件：采用MOS管。

電路設(shè)計(jì)步驟

1.設(shè)計(jì)輸入電路

由于輸入電壓是單相交流電源，需要使用單相橋式整流器來(lái)將交流電壓變成直流電壓。整流器采用電容濾波結(jié)構(gòu)來(lái)捕捉所需的電容電流并使輸出電壓開(kāi)關(guān)變得平穩(wěn)。如圖1所示是輸入電路的原理圖：

2.設(shè)計(jì)Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種常用的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用單個(gè)開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)換。該雙向DC-DC變換器需要實(shí)現(xiàn)輸入變?yōu)檩敵龊洼敵鲎優(yōu)檩斎?，因此該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)占用了相同數(shù)量的器件。如圖2所示是Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理圖：

3.設(shè)計(jì)控制器

控制器是整個(gè)電路中的關(guān)鍵部分，它負(fù)責(zé)計(jì)算開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)，以及處理反饋信號(hào)。在控制器中，需要確定兩個(gè)參數(shù)：控制器的環(huán)路帶寬和控制器的采樣頻率。環(huán)路帶寬決定了控制器的響應(yīng)速度，即控制器對(duì)環(huán)路中的變化做出反應(yīng)的速度。采樣頻率代表控制器對(duì)輸出電流和電壓的采樣頻率。如圖3所示是控制器的原理圖：

4.設(shè)計(jì)保護(hù)電路

該雙向DC/DC變換器需要具備多種保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等，這可以通過(guò)添加保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4所示是保護(hù)電路的原理圖：

5.選取開(kāi)關(guān)器件

選擇恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)器件對(duì)于整個(gè)電路的正常工作至關(guān)重要。

在Buck-Boost變換器中，開(kāi)關(guān)器件允許在不影響輸出電壓水平的情況下，將輸入電壓與輸出電壓反向轉(zhuǎn)換。交錯(cuò)兩種類型的開(kāi)關(guān)器件有助于減小熱分布和損失，延長(zhǎng)器件壽命。選擇開(kāi)關(guān)器件時(shí)，需要考慮器件的開(kāi)關(guān)速度、性能、電流容量和反向電壓等參數(shù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常選擇功率MOSFET作為開(kāi)關(guān)器件。如圖5所示是開(kāi)關(guān)器件的原理圖：

總結(jié)

本篇文章介紹了數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)方案，包括輸入電路、Buck-Boost變換器、控制器、保護(hù)電路和選擇開(kāi)關(guān)器件等。在該設(shè)計(jì)中，采用數(shù)字控制，該雙向DC-DC變換器的環(huán)路帶寬為10kHz，輸入電壓是單相220V、60Hz，輸出電壓為75V、輸出電流為8A。此外，該變換器還具有多種保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等。數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)2Buck/Boost雙向DC-DC變換器是一種電源電路，其中電流和電壓可在兩個(gè)方向上流動(dòng)。它可以將一個(gè)直流電壓變成另一個(gè)直流電壓，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電流控制。這種電路可以被應(yīng)用于電池充電器、電動(dòng)汽車、交流配電系統(tǒng)以及太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等場(chǎng)景中。

設(shè)計(jì)這種雙向DC-DC變換器主要有以下步驟：

1.確定要變換的電壓范圍

首先需要確定輸入電壓和輸出電壓的范圍。這可以根據(jù)需要應(yīng)用的場(chǎng)景來(lái)確定。例如，如果是為一個(gè)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)電源，輸入電壓可能是12V，輸出電壓可能是200V。另一個(gè)例子是為一個(gè)可變負(fù)載供電，需要輸入24V，輸出1V至24V都有可能。

2.選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

接下來(lái)需要選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中包括Buck-Boost拓?fù)?、SEPIC和Cuk拓?fù)涞取＿@些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都不同，可以根據(jù)實(shí)際情況確定。

Buck-Boost拓?fù)溥m用于變壓器較大，電流波動(dòng)小的場(chǎng)景。輸出電壓可以小于、等于或大于輸入電壓。它還可以實(shí)現(xiàn)電流控制和電壓反饋控制。

SEPIC適用于輸入電壓要變化但輸出電壓要穩(wěn)定的場(chǎng)景。它可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的輸入功率和輸出功率控制。

Cuk拓?fù)溥m用于需要輸入和輸出電壓都能夠變化的場(chǎng)景。它可以實(shí)現(xiàn)更多的控制方式，例如功率因數(shù)控制等。

3.選擇開(kāi)關(guān)和電感

選擇合適的開(kāi)關(guān)和電感是設(shè)計(jì)這種電路的關(guān)鍵。開(kāi)關(guān)需要能夠在高頻下穩(wěn)定工作，同時(shí)具有低導(dǎo)通電阻和開(kāi)關(guān)時(shí)間。電感需要能夠承受高頻下的電流，具有較低的內(nèi)阻和足夠的電感值。

4.控制電流和電壓

設(shè)計(jì)雙向DC-DC變換器時(shí)需要考慮如何控制電流和電壓，以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)效果。這包括選擇合適的控制芯片以及設(shè)計(jì)反饋電路等。

5.優(yōu)化效率

雙向DC-DC變換器中存在能量的損耗。對(duì)于大功率應(yīng)用，此項(xiàng)損耗可能相當(dāng)大。因此，需要對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化以提高效率。其中包括選擇合適的元件（例如磁性材料和脈沖寬度調(diào)制器）以及進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)取?/p>

綜上所述，設(shè)計(jì)一種數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器需要從輸入輸出電壓范圍、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開(kāi)關(guān)和電感選擇、電流和電壓控制以及功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)确矫婵紤]，以達(dá)到最優(yōu)的電路效果。數(shù)字型Buck/Boost雙向DC-DC變換器的設(shè)計(jì)3一、要求

1.輸入電壓范圍：10-24V；

2.輸出電壓范圍：8-28V；

3.輸出電流范圍：2A；

4.效率不低于86%；

5.輸出電壓誤差不超過(guò)±5%；

6.設(shè)計(jì)基于數(shù)字型控制器；

7.輸入瞬態(tài)保護(hù)電路；

8.過(guò)流保護(hù)電路。

二、基本電路

本設(shè)計(jì)采用數(shù)字型控制器TMS320F28069來(lái)控制Buck/Boost變換器，如下圖所示：


三、關(guān)鍵設(shè)計(jì)

1.模擬輸入電壓采樣及振蕩抑制

輸入電壓采用電阻電容濾波，加入了限幅保護(hù)并初始限制，輸入電壓的采樣由ADC完成。為抑制出現(xiàn)的輸入電壓的震蕩現(xiàn)象，可以增加一個(gè)附加電路，將電容與電感串聯(lián)，形成一個(gè)振蕩器，同樣可以抑制不穩(wěn)定的輸入電壓。

2.Buck/Boost控制

本設(shè)計(jì)采用單環(huán)控制，即將控制卡膩環(huán)路分為輸出電壓環(huán)路和輸入電流環(huán)路，輸出電壓環(huán)路測(cè)量輸出電壓并與參考電壓進(jìn)行比較，較大的誤差在加入低通濾波后進(jìn)入了逆變器PWM，最終輸出PWM波驅(qū)動(dòng)逆變管。輸入電流環(huán)路測(cè)量輸出電壓并與參考電壓進(jìn)行比較，較大的誤差在加入低通濾波后經(jīng)由電流阻抗器和使用反饋控制演算法的ADS處理器進(jìn)入PWM，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。

3.效率與損耗

在Buck/Boost控制器的鎖相環(huán)中，電感損耗與載流回路中主開(kāi)關(guān)損耗影響效率，開(kāi)關(guān)損耗的影響例如極性反轉(zhuǎn)、開(kāi)關(guān)失